电路与模拟电子技术第一章殷瑞祥

1、上一页下一页目 录返 回退 出 电工电子学 u( (电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术) ) 上一页下一页目 录返 回退 出 课程介绍 课程性质：专业基础课课程性质：专业基础课 课程要求：课程要求： （1）掌握一定的理论知识，抓住）掌握一定的理论知识，抓住基础知识和基本分基础知识和基本分 析方法析方法； （2）认真）认真独立独立完成课后作业；完成课后作业； （3）认真做好每一个实验，以加深）认真做好每一个实验，以加深 对理论知识的理对理论知识的理 解和掌握。解和掌握。 第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律 上一页下一页目 录返 回退 出 本章教学内容本章教学内容

2、1 电路组成与功能电路组成与功能 2 电路模型电路模型 3 电路中的基本物理量（电压、电流、电位、功率）电路中的基本物理量（电压、电流、电位、功率） 4 基本电路元件模型基本电路元件模型 5 电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 上一页下一页目 录返 回退 出 本章学习的重点和难点本章学习的重点和难点 u基本基本电路元件电路元件及其特性，集中参数电路的拓扑约束及其特性，集中参数电路的拓扑约束 关系关系基尔霍夫定律基尔霍夫定律。这些内容是分析和计算电。这些内容是分析和计算电 路的基础。路的基础。 u 要深刻理解电路中要深刻理解电路中电压和电流电压和电

3、流的的参考极性参考极性（方向方向） 的意义，掌握集中参数电路的基本的意义，掌握集中参数电路的基本约束关系约束关系基基 尔霍夫定律尔霍夫定律和和元件伏安特性元件伏安特性 。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.1 电路的组成及其功能电路的组成及其功能 电路电路是由各种电器件构成，并具有一定功能的连接整是由各种电器件构成，并具有一定功能的连接整 体。体。 电器件电器件种类繁多、性能各异。如电池、信号产生器、种类繁多、性能各异。如电池、信号产生器、 电阻器、电容器、电感器、开关、晶体管等。电阻器、电容器、电感器、开关、晶体管等。 电池电池-提供电能提供电能 信号产生器信号产生器-输出多种标准信号输出

4、多种标准信号 电阻器电阻器-消耗电能（提供合适的电压、电流）消耗电能（提供合适的电压、电流） 电感器电感器-存储磁场能等等。存储磁场能等等。 1 电路的组成与功能电路的组成与功能 上一页下一页目 录返 回退 出 u 电路实例：电路实例： 图图1.1(a)是一个简单的照明电路，由电池、开关、连接导线、灯泡组是一个简单的照明电路，由电池、开关、连接导线、灯泡组 成。其作用是把由电池提供的电能传送给灯泡并转换成光能。成。其作用是把由电池提供的电能传送给灯泡并转换成光能。 上一页下一页目 录返 回退 出 u图图1.1(b)是计算机电路组成的简化框图，它的基本功是计算机电路组成的简化框图，它的基本功 能

5、是通过对输入信号的处理实现数值计算。人们在能是通过对输入信号的处理实现数值计算。人们在 键盘上输入计算数据和步骤，编码器将输入信号表键盘上输入计算数据和步骤，编码器将输入信号表 示成二进制数码，经运算、存储、控制部件处理得示成二进制数码，经运算、存储、控制部件处理得 到计算结果，然后在显示器上输出。到计算结果，然后在显示器上输出。 上一页下一页目 录返 回退 出 u电路的概念电路的概念 电路是由电路是由用电设备用电设备（负载）与（负载）与供电设备供电设备（电源）通过（电源）通过导线导线 连接而构成的连接而构成的提供给电荷流动的通路提供给电荷流动的通路。 电路的组成电路的组成 为电路工作提供能量

6、的：为电路工作提供能量的：电源；电源； 在电能作用下完成电路功能的：在电能作用下完成电路功能的：负载负载, ,如如用电设备；用电设备； 连接、控制电源和用电设备的：连接、控制电源和用电设备的：中间环节，如中间环节，如导线、开关；导线、开关； 例如我们常用的照明电路。例如我们常用的照明电路。 220V 电源 开关 灯泡 （用电设备） 导线 上一页下一页目 录返 回退 出 1-1 1-1 电路的组成与功能电路的组成与功能（续）（续） u电路的功能电路的功能 客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路 中流动，从电源带走电能，而在用电元器

7、件中又释放电能，中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能， 因此电路的工作伴随着能量的运动。根据电路的工作场合和因此电路的工作伴随着能量的运动。根据电路的工作场合和 工作目的及我们的着眼点，电路主要有下列作用：工作目的及我们的着眼点，电路主要有下列作用： 能量传输能量传输 将电源的电能传输给用电设备将电源的电能传输给用电设备( (负载负载) )。 能量转换能量转换 将传输到负载的电能根据需要转换成其它形将传输到负载的电能根据需要转换成其它形 式式 的能量，如光、声、热、机械能等的能量，如光、声、热、机械能等 信息传输信息传输 信息处理信息处理 信息信息- (- (载体载体)-)-信号

8、信号-电路电路-终端终端-(-(去载体去载体)-)-信息信息 ( (电流或电压电流或电压) ) 信号信号( (接受接受)-)-电路电路-信号信号( (已经放大、去噪、合成已经放大、去噪、合成) ) 上一页下一页目 录返 回退 出 1.2 1.2 电路模型电路模型 u为什么要引入电路模型？为什么要引入电路模型？ 构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设 计带来困难。计带来困难。 只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路 进行深入分析。例如，对于最简单的手电筒，这样一个电进行深入

9、分析。例如，对于最简单的手电筒，这样一个电 路，就包含了电池、电珠、开关、导体等部分。如果要把路，就包含了电池、电珠、开关、导体等部分。如果要把 这个电路介绍给他人，一种方法是直接把实物展示给对方，这个电路介绍给他人，一种方法是直接把实物展示给对方， 另一种方法是十分逼真地将它画下来给对方看，尽管如此，另一种方法是十分逼真地将它画下来给对方看，尽管如此， 我们仍然不能十分明了地将这个电路的工作情况表达出来我们仍然不能十分明了地将这个电路的工作情况表达出来 （用语言或文字）。（用语言或文字）。 难以想象，如果每个电路都要如此处理，摆在我们面前的难以想象，如果每个电路都要如此处理，摆在我们面前的

10、将是怎样的情形！将是怎样的情形！ 上一页下一页目 录返 回退 出 u 1.2 电路模型电路模型 u 电路理论主要研究电路中发生的各种电电路理论主要研究电路中发生的各种电 磁现象，包括电能的消耗现象和电磁能的存储磁现象，包括电能的消耗现象和电磁能的存储 现象。一般这些现象交织在一起，同时发生在现象。一般这些现象交织在一起，同时发生在 整个电路中。为了简化分析，对实际电路采用整个电路中。为了简化分析，对实际电路采用 “模型化模型化”方法处理。首先，针对一些基本电方法处理。首先，针对一些基本电 磁现象磁现象(如电磁能消耗、电场能存储、磁场能如电磁能消耗、电场能存储、磁场能 存储等存储等)建立相应的模

11、型建立相应的模型，称为，称为理想元件或元理想元件或元 件件，并用统一符号标记并用统一符号标记。理想元件在物理上描。理想元件在物理上描 述了基本电磁现象，在数学上也有严格的定义述了基本电磁现象，在数学上也有严格的定义 。 上一页下一页目 录返 回退 出 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。 10 BA SE -T w all pl ate 导线导线 电池电池 开关开关 灯泡灯泡 1.1.2 电路模型电路模型 s R L R s U 电路图电路图 l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件有某种确定的电磁性能的

12、理想元件 l电路模型电路模型 (a) (b) 上一页下一页目 录返 回退 出 注：只有满足注：只有满足集总假设集总假设的电器件可以进行理想化抽的电器件可以进行理想化抽 象，成为电路模型。象，成为电路模型。 集总假设：集总假设： 根据电磁场理论，电磁波的波长根据电磁场理论，电磁波的波长=v/f v：电磁波的传播速率：电磁波的传播速率v=3108m/s f：频率：频率 可见，频率越高，波长越短可见，频率越高，波长越短 A情况：情况：f=50KHz， =6Km-可用电路模型可用电路模型 B情况情况: f=10GHz， =0.03m=30cm-不可用不可用 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.

13、3 电路中的基本物理量电路中的基本物理量 （电压、电流、电位、功率）（电压、电流、电位、功率） u 电流电流 电流及其表示方式电流及其表示方式 电流的概念电流的概念 电流是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流电流是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流 过电路中某一截面的净电荷量。过电路中某一截面的净电荷量。 电荷流动不仅有数量，也有电荷流动不仅有数量，也有方向方向，因此电流是具有方，因此电流是具有方 向的。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真向的。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真 实方向）。实方向）。 分析电路时用箭头或双下标来指定电流的方向。分析电路时用箭头或双下标来指定

14、电流的方向。 正电荷流向正电荷流向 负电荷流向负电荷流向 电流的真实方向电流的真实方向 q+ q- abab d| () d qqq Ii tt abab ()Ii a b 电路中的一条通路电路中的一条通路 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续1 1） u 电流（续）电流（续） 电流的符号和单位电流的符号和单位 电流的符号：电路中用电流的符号：电路中用 I I 表示不随时间变化的电流表示不随时间变化的电流 或或 i i 表示随时间变化的电流表示随时间变化的电流 2.2. 电流的单位是安培（电流的单位是安培（A A） 上一页下一页目 录返

15、回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续2 2） u 电流（续）电流（续） 电流的参考方向电流的参考方向 电流作为电路的基本物理量，是我们分析电路所需要电流作为电路的基本物理量，是我们分析电路所需要 确定的，因此在分析电路之前，电流的真实方向一般确定的，因此在分析电路之前，电流的真实方向一般 是未知的。是未知的。 在电路中，每条通路的电流方向只有两个可能的选择，在电路中，每条通路的电流方向只有两个可能的选择， 因此，我们可以用代数量来表示有方向的电流。符号因此，我们可以用代数量来表示有方向的电流。符号 表示方向，绝对值表示大小。表示方向，绝对值表示大小。 3.3.

16、 为了用代数量表示电流，我们必须事先规定一个参考为了用代数量表示电流，我们必须事先规定一个参考 （即符号为正时电流的方向），称为电流的参考方向。（即符号为正时电流的方向），称为电流的参考方向。 电路中用箭头标示。电路中用箭头标示。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续3 3） u电流（续）电流（续）电流的参考方向电流的参考方向 电流的参考方向是人为定义的，电流的参考方向是人为定义的， 而电流的真实方向则是受电路而电流的真实方向则是受电路 约束客观存在并确定的。约束客观存在并确定的。 当参考方向设的与真实方向一致时，当参考方向设的与真实方向

17、一致时， 电流的代数值符号为正；反之为负。电流的代数值符号为正；反之为负。 若分析电路后确定的电流符号为正，则若分析电路后确定的电流符号为正，则 表明电流的真实方向就是参考方向；反之亦然。表明电流的真实方向就是参考方向；反之亦然。 a b 电路中的一条通路 i 电流电流 i 的参的参 考方向考方向 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续4 4） u 电流（续）电流（续） 电流的测量电流的测量 实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接 在被测电路中。在被测电路中。 电流的参考方向由电流表接线

18、方式决定电流的参考方向由电流表接线方式决定 “+”+”接线柱指向接线柱指向“-”-”接线柱接线柱 i 电流表 + _ 被测支路 断开通路 串接电流表 上一页下一页目 录返 回退 出 u 电流单位电流单位为安培为安培(A)。在电力系。在电力系 统中，通过设备的电流较大，统中，通过设备的电流较大， 采用安或千安采用安或千安(kA)作单位。而电作单位。而电 子电路中的电流则较小，常用子电路中的电流则较小，常用 毫安毫安(mA)或微安或微安(A)作单位，作单位， 其换算关系是其换算关系是 u 1kA=103A u 1A=103mA=106A u 电流方向电流方向：规定为正电荷运动：规定为正电荷运动 方

19、向。实际应用时可任意指定方向。实际应用时可任意指定 一种方向作为参考方向。一种方向作为参考方向。参考参考 方向与实际方向区别方向与实际方向区别? u 电流的正负电流的正负：参考方向与实际：参考方向与实际 方向一致为正，否则为负。方向一致为正，否则为负。 u 电流表示电流表示：带箭头的符号标在：带箭头的符号标在 电路中；也可以用双下标。如电路中；也可以用双下标。如iab 表示参考方向为由表示参考方向为由a指向指向b。 4 1A 1 2 3 4 10V is i 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续5 5） u 电压电压 电压的概念电压的概念

20、 电路是电场的一种特殊形式。电路是电场的一种特殊形式。 电场是一种位场，类似引力场，电荷在电场中具有电电场是一种位场，类似引力场，电荷在电场中具有电 位能。位能。 1.1. 单位正电荷在电场中某点所具有的电位能称为该点的单位正电荷在电场中某点所具有的电位能称为该点的 电位。它表示外力将单位正电荷从参考点（电位。它表示外力将单位正电荷从参考点（0 0电位）电位） 移动到该点所作的功。单位为伏特移动到该点所作的功。单位为伏特 (V) = 1 (V) = 1 焦耳焦耳 (J)/ (J)/ 库仑库仑(C) (C) ，用，用 v v 或或 V V 表示表示 a a W v q a 点电位 b b W v

21、 q b 点电位 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续6 6） u电压（续）电压（续）电压的概念电压的概念 电路（电场）中两点（如电路（电场）中两点（如a a与与b b）之间的电位差称为）之间的电位差称为电电 压压，用，用 u u 或或 U U 表示，单位也是伏特表示，单位也是伏特(V)(V) ab abab d d WWW uvv qq ab两点之间电压 n 电压 uab 表示单位正电荷从 a 点移动到 b点所失去的电位能， 因此常也称为电压降。 ab WaWb 失去电位能Wa-Wb 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路

22、中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续7 7） u 电压（续）电压（续） 电压的方向（极性）电压的方向（极性） 电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。 电压是一个相对量，与参考点的选取无关。电压是一个相对量，与参考点的选取无关。 电压表示的是电压表示的是电位下降电位下降，也存在方向（又称为极性），也存在方向（又称为极性）， 规定电位下降的方向为电压的真实方向。规定电位下降的方向为电压的真实方向。 2.2. 电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.

23、3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续8 8） u 电压（续）电压（续） 电压的参考方向电压的参考方向 电压具有方向性，不能单用数值来表示，必须同时标电压具有方向性，不能单用数值来表示，必须同时标 定其方向。定其方向。 在对电路分析之前显然不能确定电压的真实方向。在对电路分析之前显然不能确定电压的真实方向。 两点之间电压只可能有两个方向，可先假设电压的方两点之间电压只可能有两个方向，可先假设电压的方 向，数值的正、负表示真实方向与假设方向之间的关向，数值的正、负表示真实方向与假设方向之间的关 系。称此假设的方向为电压的参考方向。电压的参考系。称此假设的方向为电压的参考方向。电压的参考

24、 方向用箭头（或方向用箭头（或+ / + / 号）在电路中标出。号）在电路中标出。 3.3. 有了参考方向，带方向的电压变量就转变成了代数量。有了参考方向，带方向的电压变量就转变成了代数量。 ab u ab +-u 或 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续9 9） u 电压（续）电压（续） 电压的测量电压的测量 实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被 测支路并联。测支路并联。 4.4. 电压的参考方向由电压表接线方式决定电压的参考方向由电压表接线方式决定 “ “+”+”接线柱指向接线柱

25、指向“ ”接线柱接线柱 电压表 + _ 被测 支路 + _ u 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续1010） u在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两 点电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低，点电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低， 并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们 需要知道某点的电位。需要知道某点的电位。 u利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。利用电位的概念

26、，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。 在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标 出各点的电位值。出各点的电位值。 u例：求图示电路中例：求图示电路中A A点的电位点的电位 +5V 5V A 20k 30k I 5V( 5V) 0.2A 20k30k Im A 3051VVI 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续1111） 关联参考方向关联参考方向 同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。 作为参考方向，都是人为假

27、设出来的，两者之间没有实作为参考方向，都是人为假设出来的，两者之间没有实 际联系。际联系。 电路分析中，在一个元件上定义两个独立的参考方向是电路分析中，在一个元件上定义两个独立的参考方向是 不合适的。为了分析方便，同一电路元件或电路部分，不合适的。为了分析方便，同一电路元件或电路部分， 电压和电流的参考方向采用一致的方向，称为电压和电流的参考方向采用一致的方向，称为关联参考关联参考 方向方向。 如无特别需要，一般采用关联的参考方向。这样在电路如无特别需要，一般采用关联的参考方向。这样在电路 中只需要标出一个参考方向。中只需要标出一个参考方向。 上一页下一页目 录返 回退 出 u 电压的参考方向

28、是可以任意选择的电压的参考方向是可以任意选择的 ， u 有两种不同的选择方式，如图有两种不同的选择方式，如图1.5 所示。对于一个元件或一段电路，所示。对于一个元件或一段电路， 其电流、电压的参考方向一致时，其电流、电压的参考方向一致时， 称为称为关联参考方向或关联方向关联参考方向或关联方向。两。两 者的参考方向相反时，称为者的参考方向相反时，称为非关联非关联 参考方向或非关联方向参考方向或非关联方向。为使电路。为使电路 图简洁了，一般采用关联方向，并图简洁了，一般采用关联方向，并 在电路图上只标明电流或电压的参在电路图上只标明电流或电压的参 考方向。考方向。 图图1.5 电流、电压的关联与非

29、关联参考方向电流、电压的关联与非关联参考方向 1A 1 2 3 4 10V is i + - + - - + 上一页下一页目 录返 回退 出 第29页 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续1212） u电功率电功率 电功率的概念、符号与单位电功率的概念、符号与单位 电功率是电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位电功率是电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位 时间内电路元件消耗的电场能量。时间内电路元件消耗的电场能量。 电路中用电路中用 P P 或或 p p 表示电功率，按照定义表示电功率，按照定义 p p ( (或或 P P )=d )=dW W/d/dt t 功率的单

30、位为瓦特（功率的单位为瓦特（W W）= = 焦耳焦耳( J ) / ( J ) / 秒秒 ( s )( s )。 功率的计算功率的计算 采用关联参考方向时采用关联参考方向时 ddd () ddd WWq pPu i tqt 或 采用非关联参考方向采用非关联参考方向 ddd () ddd WWq pPu i tqt 或 必须加上必须加上 负号！负号！ 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续1313） 电源和负载的概念电源和负载的概念 若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载。若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载。 若某

31、元件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源。若某元件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源。 u举例：由举例：由5 5个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考 方向采用关联参考方向，标在图上如下。方向采用关联参考方向，标在图上如下。 12345 12345 30V, 20V, 60V, 30V, 80V 3A, 1A, 2A, 3A, 1A UUUUU IIIII 确定各元件的功率，确定各元件的功率， 指出哪些是电源、哪些是负载？指出哪些是电源、哪些是负载？ 12 345 上一页下一页目 录返 回退 出 1.3 1.3 电路中的基本物理量（续

32、电路中的基本物理量（续1414） 元件1 111 30V3A90W0PUI 是负载 元件2 222 20V 1A20W0PUI 是负载 元件3 333 60V( 2)A120W0PUI 是负载 元件5 555 80V( 1)A80W0PUI 是电源 12345 902012090800PPPPP 注意： 电路中所有元件的功率之和为 0 ！这一规则称为功 率平衡原理。常用作对分析结果的检验准则。功率 平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源发 出的电能恰为负载所消耗。 u 功率的单位是瓦功率的单位是瓦(W)。工程上，常用千瓦小时。工程上，常用千瓦小时 (kWh)作为电能的单位。作为电能的单位。

33、1kWh又称又称1度。比如某车度。比如某车 间使用间使用100只灯泡只灯泡(功率均为功率均为100W)照明一小时，所消耗照明一小时，所消耗 电能是电能是10度。度。 u 1kWh=103W3600s=3.6106J 上一页下一页目 录返 回退 出 u 式中当电流电压为关联参考方向时，取式中当电流电压为关联参考方向时，取 “+”号；电流电压为非关联参考方向时，取号；电流电压为非关联参考方向时，取 “-”号。计算结果表示元件的吸收功率。具体号。计算结果表示元件的吸收功率。具体 地说，地说，若若p0,表示元件吸收功率，其值为表示元件吸收功率，其值为p;若若 p0，表示元件提供功率，其值为，表示元件提

34、供功率，其值为|p|。 u 功率的单位是瓦功率的单位是瓦(W)。工程上，常用千。工程上，常用千 瓦小时瓦小时(kWh)作为电能的单位。作为电能的单位。1kWh又称又称1 度。比如某车间使用度。比如某车间使用100只灯泡只灯泡(功率均为功率均为 100W)照明一小时，所消耗电能是照明一小时，所消耗电能是10度。度。 1.4 1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型 u常用理想元件种类常用理想元件种类 电荷电荷 q 磁通磁通 电压电压 u 电流电流 i 电阻元件电阻元件:R=u/i 电容元件：电容元件： C=q/u 电感元件电感元件: L=/i 忆阻元件忆阻元件:M=/q 由美籍华人蔡超棠于由美籍

35、华人蔡超棠于1971年提出。年提出。 d dt 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续0 0） u电阻元件电阻元件 电阻元件的概念电阻元件的概念 由代数关系联系端电压由代数关系联系端电压 u u 和电流和电流 i i 的二端元件称为的二端元件称为 电阻元件，简称电阻。电阻元件，简称电阻。 电阻元件的特性由电阻元件的特性由 u-i u-i 平面上的一条曲线表示，平面上的一条曲线表示， 0 i u 当这条曲线是一条过原点的直当这条曲线是一条过原点的直 线时，称为线性电阻。线时，称为线性电阻。本课程本课程 中如无特别声明电阻元件均指中如无特别声明电阻

36、元件均指 线性电阻。线性电阻。 线性电阻元件 非线性电阻 如果电阻如果电阻R不随时间变化，电阻不随时间变化，电阻 元件称为时不变电阻。元件称为时不变电阻。本课只讨本课只讨 论时不变元件。论时不变元件。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续1 1） u电阻元件电阻元件（续）续） 电阻元件的符号、参数电阻元件的符号、参数 电阻元件的参数为特性曲线的斜率，记作电阻元件的参数为特性曲线的斜率，记作 R R， 称称 为电阻元件的电阻（值），单位欧姆（为电阻元件的电阻（值），单位欧姆（ ） u i R 电阻元件的符号电阻元件的符号 11V 1A n电阻元

37、件的特性电阻元件的特性欧姆定律欧姆定律 在在关联参考方向关联参考方向下，电阻两端电压与流过电下，电阻两端电压与流过电 阻的电流成正比，比例系数为电阻元件的参阻的电流成正比，比例系数为电阻元件的参 数数电阻值电阻值 uU R iI 或非关联方向：非关联方向：U=-IR u=-iR 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续2 2） u电容元件电容元件 电容元件的概念电容元件的概念 电容元件的原型是平板电容器，基本特性是存储在极板上电容元件的原型是平板电容器，基本特性是存储在极板上 的电荷量的电荷量 q q 与两极板之间的电压与两极板之间的电压 u u

38、 满足代数关系。用满足代数关系。用 q-u q-u 平面上的一条曲线平面上的一条曲线 f fC C( (q, uq, u)=0 )=0 描述。描述。 + + + + + + + + - - - - - - - - +q -q u E 0 u q 非线性电容 线性电容元件 当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电容。本课当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电容。本课 程中如无特别声明电容元件均指线性电容。程中如无特别声明电容元件均指线性电容。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续3 3） u电容元件电容元件（续）续） 电容元件的符号、参数

39、电容元件的符号、参数 电容元件的参数为特性曲线的斜率，记作电容元件的参数为特性曲线的斜率，记作 C C ，称为电容，称为电容 元件的电容（量），单位法拉（元件的电容（量），单位法拉（F F），法拉的单位很大，），法拉的单位很大， 实用中常采用微法实用中常采用微法 F(10F(10-6 -6F) F)和皮法和皮法 pF(10pF(10-12 -12F) F)。 i + u _ C 电容元件的符号电容元件的符号 1C 1F 1V 612 1F10 F=10 pF 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续4 4） u电容元件电容元件（续）续） 电容元件

40、的电压电容元件的电压- -电流关系电流关系伏安特性伏安特性 d ( )d ( ) ( ) dd ( )( ) q tu t i tqu t t CC t t 0 0 0 111 ( )( )d( )d( )d 1 (0)( )d tt t u ti tti tti tt CCC ui tt C 动态元件 记忆元件 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续5 5） u电容元件电容元件（续）续） 电容元件的功率与储能电容元件的功率与储能 功率功率 d ( ) ( )( ) ( )( ) d C u t ptu ti tC u t t 储能储能 2 1

41、 ( )dd( ) 2 CC WpttC u uC u t 功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身 不消耗能量（无损）。不消耗能量（无损）。 与电流无关与电流无关 储能元件 以电场方式储存 关联参考方向 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续6 6） u电感元件电感元件 电感元件的概念电感元件的概念 电感元件的原型是空心线圈，基本特性是线圈中的磁电感元件的原型是空心线圈，基本特性是线圈中的磁 通量通量 与流过线圈的电流与流过线圈的电流 i i 满足代数关系。用满足代数关系。用 - - i

42、 i 平面上的一条曲线平面上的一条曲线 f fL L( ( , , i i)=0 )=0 描述。描述。 O i 非线性电感 线性电感元件 当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电感。本课程当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电感。本课程 中如无特别声明电感元件均指线性电感。中如无特别声明电感元件均指线性电感。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续7 7） u电感元件电感元件（续）续） 电感元件的符号、参数电感元件的符号、参数 电感元件的参数为特性曲线的斜率，记作电感元件的参数为特性曲线的斜率，记作 L L ，称为，称为 电感元件的电感（

43、量），单位亨利（电感元件的电感（量），单位亨利（H H），亨利的单），亨利的单 位很大，实用中常采用毫亨位很大，实用中常采用毫亨mH(10mH(10-3 -3H) H)和微亨和微亨H(10H(10- - 6 6H) H)。 1Wb 1H 1A L 36 1H10 mH=10 H i + u _ 电感元件的符号电感元件的符号 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续8 8） u电感元件电感元件（续）续） 电感元件的电压电感元件的电压- -电流关系电流关系伏安特性伏安特性 动态元件 记忆元件 d ( )d ( ) ( )( ) d ) d tL ti

44、 t u t t t t iL 0 0 0 111 ( )( )d( )d( )d 1 (0)( )d tt t i tu ttu ttu tt LLL iu tt L 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续9 9） u电感元件电感元件（续）续） 电感元件的功率与储能电感元件的功率与储能 功率功率 储能储能 功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身 不消耗能量（无损）。不消耗能量（无损）。 储能元件 以磁场方式储存关联参考方向关联参考方向 d ( ) ( )( ) ( )( ) d L i

45、 t p tu ti tL i t t 2 1 ( )dd( ) 2 LL Wp ttL i iL i t 储能与电压无关储能与电压无关 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续1010） u理想（独立）电压源理想（独立）电压源 若二端元件两端电压不随流过它的电流变化，保持固若二端元件两端电压不随流过它的电流变化，保持固 定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立） 电压源。电压源。 理想电压源的伏安特性为一条平行于电流轴的直线。理想电压源的伏安特性为一条平行于电流轴的直线。 uS + u _ i

46、u i uS O u=uS 不随电流变化 US 一般电压源符号一般电压源符号 直流电压源或恒压源直流电压源或恒压源 理想电压源两端的电压值不随电流变化，因此，理理想电压源两端的电压值不随电流变化，因此，理 想电压源的两端不能被短路（电阻值为想电压源的两端不能被短路（电阻值为0），否则，），否则， 将流过无穷大电流。将流过无穷大电流。 常用的电池在正常工作范围内近似为理想电压源常用的电池在正常工作范围内近似为理想电压源 （恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则（恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则 将损坏。将损坏。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基

47、本电路元件模型（续1111） u理想（独立）电流源理想（独立）电流源 若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固 定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立） 电流源。电流源。 理想电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。理想电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。 电流源符号电流源符号 i=iS 不随电压变化不随电压变化u i O iS iS + u _ i 理想电流源的参数用流过它的电流值（理想电流源的参数用流过它的电流值（iS）表示。）表示。 如果理想电流源的参数不随时间变化（恒定），又

48、称为直流如果理想电流源的参数不随时间变化（恒定），又称为直流 电流源或恒流源。电流源或恒流源。 流过理想电流源的电流值不随电压变化，因此，理想流过理想电流源的电流值不随电压变化，因此，理想 电流源的两端不能被开路电流源的两端不能被开路（电阻值为电阻值为 ），否则，将，否则，将 产生无穷大电压。产生无穷大电压。 现实世界中理想电压源和理想电流源都是不存在的，现实世界中理想电压源和理想电流源都是不存在的， 它们只是实际电源在一定条件下的近似它们只是实际电源在一定条件下的近似（模型模型）。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续1212） u电源的模

49、型电源的模型1 1：电压源模型电压源模型 理想的电压源和电流源是不存在的，实际电源不能理想的电压源和电流源是不存在的，实际电源不能 输出无穷大的功率。实际电压源（简称电压源）随输出无穷大的功率。实际电压源（简称电压源）随 着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电 压源和一个内阻压源和一个内阻R Ro o串联来等效。串联来等效。 实际电源 + _ u i RL u i O uS 理想电压源特性 实际电压源特性 S0 uuRi 实际电压源模型实际电压源模型 + _ u i RL + uS _ R0 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本

50、电路元件模型（续基本电路元件模型（续1313） u电源的模型电源的模型2 2：电流源模型电流源模型 理想的电流源同样是不存在的。实际电流源（简称理想的电流源同样是不存在的。实际电流源（简称 电流源）可以用理想电流源与内阻并联来表示，当电流源）可以用理想电流源与内阻并联来表示，当 电流源两端电压愈大，其输出的电流就愈小。当实电流源两端电压愈大，其输出的电流就愈小。当实 际电流源的内阻比负载电阻大得多时，往往可以近际电流源的内阻比负载电阻大得多时，往往可以近 似地将其看作是理想电流源。似地将其看作是理想电流源。 实际电源 + _ u i RL i u O iS 理想电流源特性 实际电流源特性 o

51、S u ii R 实际电流源模型实际电流源模型 + _ u i RLiS R0 上一页下一页目 录返 回退 出 1.4 1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续1414） u两种电源模型的转换两种电源模型的转换 电压源模型和电流源模型都是对实际电源的近似，电压源模型和电流源模型都是对实际电源的近似， 两种电源模型之间可以互相转换。两种电源模型之间可以互相转换。 实际电源实际电源 + _ u i RL 电流源模型电流源模型 + _ u i RLiS R0 电压源模型电压源模型 + _ u i RL + uS _ R0 u i 0 uS 实际电源特性 S0 uuRi S0 S uR i S

52、 S 0 u i R 上一页下一页目 录返 回退 出 1.51.5电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值 工作时，根据所接负载不同，电路的工作状态分工作时，根据所接负载不同，电路的工作状态分 为三种：开路、短路、负载状态。为三种：开路、短路、负载状态。 u开路工作状态开路工作状态 含源 电路 + _ i u 电路外接端未接任何负载，端电流电路外接端未接任何负载，端电流 i=0 （开路）。（开路）。 此时，端口电压由电路内部电源与此时，端口电压由电路内部电源与 结构决定，称为开路电压，记作结构决定，称为开路电压，记作 uOC 或或 UOC =UOC 上一页下一页目 录返 回退 出

53、1.51.5电路的工作状态与元件额定值（续电路的工作状态与元件额定值（续1 1） u短路工作状态短路工作状态 含源 电路 + _ i u 电路外接端直接用导线连接，端口电路外接端直接用导线连接，端口 电压电压 u=0 （短路）（短路） 此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流，此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流， 记作记作 iSC 或或 ISC ISC 上一页下一页目 录返 回退 出 1.51.5电路的工作状态与元件额定值（续电路的工作状态与元件额定值（续2 2） u电气设备的额定值：电气设备的安全使用值电气设备的额定值：电气设备的安全使用值 额定电流额定电流I IN

54、 N ：电气设备在长期连续运行或规定工作制 ：电气设备在长期连续运行或规定工作制 下允许通过的最大电流。下允许通过的最大电流。 额定电压额定电压U UN N ： ： 根据电气设备所用绝缘材料的耐压程根据电气设备所用绝缘材料的耐压程 度和容许温升等情况规定的正常工作电压。度和容许温升等情况规定的正常工作电压。 额定功率额定功率P PN N ：电气设备在额定电压、额定电流下工作 ：电气设备在额定电压、额定电流下工作 时的功率。时的功率。 u额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量，使用额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量，使用 电气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出现不正常的电

55、气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出现不正常的 情况和发生事故。情况和发生事故。 u注意：使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不一定等注意：使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不一定等 于其额定值。于其额定值。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 u基尔霍夫定律是基尔霍夫定律是18451845年德国物理学家年德国物理学家G.R.KirchhoffG.R.Kirchhoff 提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间 和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基

56、 本定律。本定律。 u基尔霍夫定律包括两个：电流定律和电压定律。基尔霍夫定律包括两个：电流定律和电压定律。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 u几个电路基本术语几个电路基本术语 支路：电路中的每一条分支都称为支路。支路：电路中的每一条分支都称为支路。 结点：电路中三条或三条以上支路的联接点称为结点。结点：电路中三条或三条以上支路的联接点称为结点。 回路：电路中由两条以上支路构成的任一闭合路径称回路：电路中由两条以上支路构成的任一闭合路径称 为回路。为回路。 网孔：内部不含有其他支路的回路称为网孔。网孔：内部不含有其他支路的回路称为网孔。 上一页下一页目

57、录返 回退 出 1.6 1.6 基尔霍夫定律（续基尔霍夫定律（续1 1） u基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（Kirchhoffs Current Law, Kirchhoffs Current Law, KCL KCL ） KCLKCL表述：任何集中参数电路中，任意时刻流进任意表述：任何集中参数电路中，任意时刻流进任意 一个结点的所有支路电流的代数和总是为零。用数学一个结点的所有支路电流的代数和总是为零。用数学 式子表示为式子表示为 0 kn k in 任意结点 注意：当支路注意：当支路 k 的电流参考方向指向结点的电流参考方向指向结点 n ，则在上述求和，则在上述求和 式中取式中取“+”

58、，当支路，当支路 k 的电流参考方向背向结点的电流参考方向背向结点 n ， 则在上述求和式中取则在上述求和式中取“”。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.6 1.6 基尔霍夫定律（续基尔霍夫定律（续2 2） 例如：下图电路中连接到结点例如：下图电路中连接到结点 n 的支路共有的支路共有 5 5 条，各支路条，各支路 电流参考方向如图所示。电流参考方向如图所示。 2 1 5 4 3 n i1 i2 i3 i4 i5 按照基尔霍夫定律，按照基尔霍夫定律， 各支路电流满足各支路电流满足 12345 0iiiii 值得注意的是，只有定义了电流的参考方向，值得注意的是，只有定义了电流的参考方向， 才能

59、列写基尔霍夫电流定律方程。才能列写基尔霍夫电流定律方程。 流 进 流 出 流 出 流 进 流 出 基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律的具体表现。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.6 1.6 基尔霍夫定律（续基尔霍夫定律（续3 3） 广义广义KCLKCL：任何电路中，任意时刻流进任意一个封闭：任何电路中，任意时刻流进任意一个封闭 曲面的所有支路电流的代数和总是为零。曲面的所有支路电流的代数和总是为零。 0 kS k iS 闭任意封曲面 当支路当支路 k 的电流参考方向流进曲面的电流参考方向流进曲面 S ，上述求和式中取，上述求和式中取 “+”，如果支路，如果支路 k 的电流参考方向离开曲面的电流

60、参考方向离开曲面 S ，求和式中取，求和式中取 “”。电路理论中也把穿过该闭合曲面的所有支路集合称为。电路理论中也把穿过该闭合曲面的所有支路集合称为 一个割集。一个割集。 上一页下一页目 录返 回退 出 1.6 1.6 基尔霍夫定律（续基尔霍夫定律（续4 4） 例如：下图电路中穿过曲面例如：下图电路中穿过曲面 S 的支路共有的支路共有 3 条，各支路电条，各支路电 流参考方向如图所示。流参考方向如图所示。 iA iB iC 则三支路电流满足：则三支路电流满足： S ABC 0iii 再如，电子技术中的基本器件再如，电子技术中的基本器件 双极型半导体三极管有三个管双极型半导体三极管有三个管 脚脚